柯丁寧，高 尚，王 凱，況 婷，宋琳琳

（1. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳） 實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新實(shí)踐教育中心，廣東 深圳 518055；2. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳） 材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 深圳 518055；3. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳） 資產(chǎn)處，廣東 深圳 518055）

隨著我國(guó)科技進(jìn)步，越來(lái)越多的交叉前沿的科學(xué)研究在高校的實(shí)驗(yàn)室中完成，實(shí)驗(yàn)室的安全問(wèn)題日漸凸顯[1]。2018 年 12 月，某高校市政環(huán)境工程系學(xué)生在校區(qū)2 號(hào)樓環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行垃圾滲濾液污水處理科研實(shí)驗(yàn)期間，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生爆炸，造成3 名研究生死亡。2015 年12 月，某高校1 名博士后在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室使用氫氣實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)生爆炸火災(zāi)，當(dāng)場(chǎng)死亡。高校實(shí)驗(yàn)室的安全事故極大威脅著廣大師生的人身安全[2]。

面對(duì)日趨嚴(yán)峻的實(shí)驗(yàn)室安全問(wèn)題，很多高校在實(shí)驗(yàn)室安全管理、實(shí)驗(yàn)室安全教育和實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等“軟件”方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)[3-5]，但作為實(shí)驗(yàn)室安全的重要“硬件”之一，也是安全事故的最后一道防線(xiàn)[6]，全國(guó)高校實(shí)驗(yàn)室安全設(shè)施配置情況不容樂(lè)觀(guān)。在教育部科技司于2015—2017 年開(kāi)展的高校實(shí)驗(yàn)室安全督查工作中發(fā)現(xiàn)，95.2%高校的實(shí)驗(yàn)室安全設(shè)施存在問(wèn)題，主要原因是部分高校的老舊實(shí)驗(yàn)樓安全系統(tǒng)設(shè)施沒(méi)有更新改造。高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)暫未出臺(tái)，部分新建高校實(shí)驗(yàn)樓或?qū)嶒?yàn)室新建與改造中無(wú)規(guī)劃、無(wú)監(jiān)督、無(wú)據(jù)可依[6]。

本文從實(shí)驗(yàn)安全事故分析出發(fā)，結(jié)合我校實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐創(chuàng)新教育中心的化學(xué)類(lèi)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)室通排風(fēng)和新風(fēng)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室緊急噴淋與洗眼器、消防設(shè)施和急救箱4 類(lèi)實(shí)驗(yàn)室安全設(shè)施方面提出了具體的設(shè)計(jì)方法，注意了諸多細(xì)節(jié)方面。

1 實(shí)驗(yàn)室通排風(fēng)和新風(fēng)系統(tǒng)

從實(shí)驗(yàn)室事故統(tǒng)計(jì)分析可以看出，危險(xiǎn)化學(xué)品使用環(huán)節(jié)事故最多，傷亡人數(shù)也最多，分別占總事故數(shù)和總傷亡人數(shù)的42%和83%[1,7]。實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有足夠有效的排風(fēng)設(shè)施是危險(xiǎn)化學(xué)事故的主要原因之一[8]。為了保護(hù)實(shí)驗(yàn)人員的身體健康，目前我國(guó)乃至國(guó)外使用的通風(fēng)裝置都是采用外排方式，需要向室內(nèi)補(bǔ)充等量的新風(fēng)，以保持實(shí)驗(yàn)室風(fēng)量平衡。實(shí)驗(yàn)室的排風(fēng)設(shè)施根據(jù)其功能和排風(fēng)量主要可以分為3 種：萬(wàn)向抽氣罩、原子吸收罩和排風(fēng)柜。常用的補(bǔ)充新風(fēng)方式主要分為自然補(bǔ)風(fēng)和機(jī)械補(bǔ)風(fēng)。

1.1 萬(wàn)向抽氣罩

萬(wàn)向抽氣罩一般用于簡(jiǎn)單化學(xué)實(shí)驗(yàn)和排氣量較小的儀器，能快速排放實(shí)驗(yàn)過(guò)程中小范圍所產(chǎn)生的粉塵、熱氣、揮發(fā)性氣體、有害氣體等。萬(wàn)向抽氣罩的排氣量和排氣面積小，每小時(shí)的排風(fēng)量?jī)H為200 m3/h 左右。萬(wàn)向抽氣罩使用靈活，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要360°旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)方向。萬(wàn)向抽氣罩一般選用高密度 PP 材質(zhì)和耐老化的高密度橡膠密封圈，比較容易拆卸、重組及清洗。由于萬(wàn)向抽氣罩的排風(fēng)量小，一般采用自然補(bǔ)風(fēng)的方式，以平衡實(shí)驗(yàn)室的風(fēng)量和氣壓。

1.2 原子吸收罩

原子吸收罩最早是運(yùn)用于原子吸收光譜儀的排風(fēng)裝置，每小時(shí)的排風(fēng)量為500 m3/h 左右。原子吸收罩的抽氣面積可根據(jù)設(shè)備尺寸更改，也用于其他排氣量較大的設(shè)備，如高溫氣氛爐等。原子吸收罩一般選用不銹鋼材質(zhì)，在較高抽氣量時(shí)不變形，同時(shí)能耐高溫。但是由于其體積大、質(zhì)量重，原子吸收罩安裝位置和高度固定，不能隨意移動(dòng)。與萬(wàn)向抽氣罩類(lèi)似，原子吸收罩的實(shí)驗(yàn)室一般采用自然補(bǔ)風(fēng)。

1.3 全排風(fēng)型式排風(fēng)柜

為了保護(hù)實(shí)驗(yàn)人員的身體健康，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室或處理復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室一般都配備排風(fēng)柜。全排風(fēng)型排風(fēng)柜的面風(fēng)速為0.5 m/s，每臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的1.8 m臺(tái)式全排風(fēng)型排風(fēng)柜的排風(fēng)量為1500 m3/h[9]。

如果實(shí)驗(yàn)室安裝較多的全排風(fēng)型排風(fēng)柜，則需要從室外補(bǔ)充大量新風(fēng)。以一間配備16 臺(tái)全排風(fēng)型排風(fēng)柜的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室為例，每小時(shí)需從室外補(bǔ)充的新風(fēng)量高達(dá)24 000 m3。如果單純依靠自然補(bǔ)風(fēng)的方式從室外補(bǔ)充新風(fēng)，實(shí)驗(yàn)室存在瞬間高負(fù)壓。這時(shí)一旦出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)安全事故，實(shí)驗(yàn)人員快速打開(kāi)實(shí)驗(yàn)室大門(mén)逃生存在一定難度。機(jī)械補(bǔ)風(fēng)則利用軸流風(fēng)機(jī)將室外風(fēng)快速送到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，實(shí)驗(yàn)室不會(huì)存在瞬間高負(fù)壓的情況。但一組24 000 m3/h 的新風(fēng)機(jī)組的噪音高達(dá)80 dB，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)效果[10]。在夏季或冬季，由于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部溫差較大，直接利用自然補(bǔ)風(fēng)或是機(jī)械補(bǔ)風(fēng)，實(shí)驗(yàn)室溫度不恒定，將會(huì)影響某些精密設(shè)備的運(yùn)行，降低實(shí)驗(yàn)室的舒適感。為了保持實(shí)驗(yàn)室溫度恒定，實(shí)驗(yàn)室空調(diào)的能耗將極大提高[10]。

1.4 補(bǔ)風(fēng)型排風(fēng)柜

在有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)室和材料合成實(shí)驗(yàn)室，選擇了一種自帶補(bǔ)風(fēng)功能的通風(fēng)柜——補(bǔ)風(fēng)型通風(fēng)柜。補(bǔ)風(fēng)型排風(fēng)柜的內(nèi)部設(shè)置2 個(gè)風(fēng)閥，這2 個(gè)風(fēng)閥將新風(fēng)在排風(fēng)柜內(nèi)分成3 股氣流，分別由排風(fēng)上部、下部及柜門(mén)外上方補(bǔ)入排風(fēng)柜，在實(shí)驗(yàn)人員面前形成一個(gè)新風(fēng)空氣幕，有效地阻止排風(fēng)柜內(nèi)部的廢氣溢出（見(jiàn)圖1）。這一設(shè)計(jì)能在降低面風(fēng)速（0.3 m/s）和排風(fēng)量（1000 m3/h）的情況下保障實(shí)驗(yàn)人員的安全。此外，該款補(bǔ)風(fēng)型排風(fēng)柜將大約70%室外新風(fēng)通過(guò)新風(fēng)管道直接補(bǔ)充到排風(fēng)柜內(nèi)部，30%左右新風(fēng)則來(lái)自實(shí)驗(yàn)室。在同樣16 臺(tái)全排風(fēng)型排風(fēng)柜的實(shí)驗(yàn)室，所需的來(lái)自實(shí)驗(yàn)室的新風(fēng)量減少到4800 m3/h。在此情況下，用于補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部新風(fēng)的軸流風(fēng)機(jī)數(shù)量減少，相應(yīng)的風(fēng)機(jī)噪音也會(huì)減低。同時(shí)，僅30%的新風(fēng)需經(jīng)過(guò)空調(diào)制熱或制冷，實(shí)驗(yàn)室空調(diào)能耗能降低至相同數(shù)量普通排風(fēng)柜的20%。

圖1 補(bǔ)風(fēng)型排風(fēng)柜內(nèi)部風(fēng)向示意圖

2 實(shí)驗(yàn)室緊急噴淋與洗眼器

化學(xué)試劑腐蝕是化學(xué)實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)的安全事故之一，對(duì)實(shí)驗(yàn)人員身心健康威脅極大[1]。當(dāng)化學(xué)腐蝕試劑噴濺到實(shí)驗(yàn)人員身體、臉、眼或發(fā)生火災(zāi)引起工作人員衣物著火時(shí)，使用緊急噴淋或洗眼器緊急沖洗人的身體和眼睛，將腐蝕性的化學(xué)試劑濃度迅速降低，把傷害程度減輕到最低程度，是一種迅速將危害降低到最低程度的個(gè)體防護(hù)裝備，也是一種非常重要的實(shí)驗(yàn)室公共安全應(yīng)急裝備[4,10-11]。

一般來(lái)說(shuō)，緊急噴淋和洗眼器應(yīng)安裝在實(shí)驗(yàn)室的進(jìn)門(mén)或顯眼處[9]。同時(shí)，安裝的位置遵循10 秒鐘原則，即在 10 秒內(nèi)能從實(shí)驗(yàn)室危險(xiǎn)源或危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)區(qū)域步行到達(dá)緊急噴淋和洗眼器[11]。使用時(shí)遵循1 秒鐘原則，應(yīng)在1 秒鐘的時(shí)間內(nèi)完全打開(kāi)緊急噴淋和洗眼器。緊急噴淋和洗眼器一經(jīng)打開(kāi)，除使用者有意關(guān)閉的情況之外，應(yīng)始終保持開(kāi)啟狀態(tài)。如果實(shí)驗(yàn)室有強(qiáng)酸和劇毒腐蝕物，緊急噴淋和洗眼器則建議安裝在其附近。實(shí)驗(yàn)人員要實(shí)地培訓(xùn)緊急噴淋和洗眼器的使用方法，最好能提供突發(fā)事件的緊急預(yù)案。緊急噴淋和洗眼器需要每月進(jìn)行例行檢查，包括將緊急噴淋和洗眼器殘留在管道中的水放掉。

3 消防設(shè)施

爆炸和火災(zāi)是實(shí)驗(yàn)室安全事故的主要類(lèi)型之一[2]，占實(shí)驗(yàn)室安全事故的總比為87%左右[1-2]。在化學(xué)類(lèi)實(shí)驗(yàn)室安全事故中，火災(zāi)和爆炸往往會(huì)先后出現(xiàn)?；馂?zāi)控制不及時(shí)可能引發(fā)爆炸事故，而爆炸事故發(fā)生后也往往會(huì)引起火災(zāi)[7]。

對(duì)于高校來(lái)說(shuō)，一套完整的實(shí)驗(yàn)室消防設(shè)施則由火災(zāi)自動(dòng)警示系統(tǒng)、消火栓、人員疏散設(shè)備或通道、滅火設(shè)施等組成[12]。鑒于有機(jī)試劑燃燒的特殊性，應(yīng)取消有機(jī)類(lèi)實(shí)驗(yàn)室消防噴淋裝置[10]。對(duì)于大型儀器分析實(shí)驗(yàn)室，不宜選用普通的消防噴淋裝置，建議安裝高壓細(xì)水噴霧系統(tǒng)。

依據(jù)國(guó)標(biāo)《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50140-2005》要求，化學(xué)類(lèi)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)需配備干粉滅火器，精密儀器室需配備二氧化碳滅火器[10,13]。對(duì)于進(jìn)行可燃金屬化學(xué)反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室還需配備滅火沙[14]。此外，實(shí)驗(yàn)室還應(yīng)配置足量的自助呼吸器和滅火毯等工具，并確保每個(gè)人都能熟練應(yīng)用[10,15]。滅火器等防災(zāi)設(shè)施，應(yīng)由專(zhuān)人負(fù)責(zé)定期實(shí)施檢修、更換，避免在火災(zāi)真正發(fā)生時(shí)失靈[16]。

4 急救箱

藥品急救箱的配備可以在燒傷、燙傷、化學(xué)傷發(fā)生后進(jìn)行緊急現(xiàn)場(chǎng)處理，減少對(duì)傷員的進(jìn)一步傷害[10]?；瘜W(xué)類(lèi)藥品急救箱內(nèi)配備了碘伏消毒液、雙氧水、硼酸溶液、碳酸氫鈉溶液、燒傷敷料、燙傷膏、眼墊、洗眼液、瞬冷冰袋、創(chuàng)可貼、醫(yī)用彈性繃帶和醫(yī)用紗布?jí)K等。急救箱中的藥品應(yīng)定期檢查，注意及時(shí)更換[10]。

5 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)室安全設(shè)施配置是保障高校實(shí)驗(yàn)室安全重要的“硬件”。本文以建設(shè)化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室為例，從實(shí)驗(yàn)室安全事故分析出發(fā)，圍繞著實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通排風(fēng)和新風(fēng)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室緊急噴淋與洗眼器、消防設(shè)施和急救箱4 類(lèi)實(shí)驗(yàn)室安全設(shè)施進(jìn)行討論，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室安全設(shè)施建設(shè)，切實(shí)保障實(shí)驗(yàn)室及實(shí)驗(yàn)人員安全。